没有严格的先后关系。
[0063]本发明实施例的上肢脑神经康复训练方法中训练者可根据自身的实际情况选择适当的训练模式，系统根据不同的训练模式对训练者的上肢进行训练。可有效提高训练者上肢恢复的效率，且增强训练者训练的主动性。
[0064]其中主动训练模式使用自适应的阻抗控制，可以保证上肢与手柄之间合适的接触力，同时提供适当的阻力。上肢力量较弱，互动速度较慢时，产生的阻力较小，保证上肢能完成动作。当上肢运动的力量增大，运动速度加快，则调节阻抗控制的参数，使阻力增大，如此可以适当增大上肢运动的阻力，提高恢复训练的效率。
[0065]在其中一个实施例中，步骤S200,当所选择为被动训练模式时,机械结构带动训练者的上肢完成虚拟现实的场景中的训练任务，包括以下步骤:
[0066]S210，检测上肢的关节活动度，并存储在所述存储模块中；
[0067]S220，根据所述上肢的关节活动度及虚拟现实的场景中的训练任务，所述信息处理装置控制所述机械结构带动训练者的上肢在所述关节活动度范围内进行单关节训练；
[0068]S230，根据所述机械结构反馈的在极限位置受到上肢反作用力的大小，逐步加大所述上肢的关节活动度，直至所述上肢的关节活动度达到正常人的水平；
[0069]S240，所述机械结构带动训练者的上肢根据虚拟现实的场景进行ADL训练。
[0070]这种模式可以测出上肢的关节的活动度，以及对上肢的关节活动度进行恢复。以机械结构为摇杆式上肢康复机器人的机械机构为例。首先系统会调出预先储存在存储模块中的单关节训练轨迹，这个轨迹的运动范围不超过正常人关节运动角度。在单关节训练的过程中，使用手柄下端的六自由度力/力矩传感器检测上肢与摇杆的接触力，通过此力的大小和方向来判断上肢是否已达到运动的极限位置，以及训练者是否有自主运动的能力。上肢达到张开或收拢的极限角度时，此时手柄受到上肢的作用力与摇杆的运动方向相反，且大小达到设定好的阈值，此时将摇杆运动的角度信息，以及上肢对摇杆的力信息储存在数据库中，并控制电机输出反向的力矩，开始向相反方向运动。为确保测得的值准确可反复运动几次取平均值。测出上肢的关节活动度之后，将以后的每轮运动控制在这个范围之内，并检测在两端极限位置的力的大小，如果力变小，说明上肢的关节活动度增大，此时适当扩大运动范围，扩大到上肢对手柄阻力的再次达到阈值。如此反复进行，直到上肢关节活动度达到正常人的水平。当上肢关节活动度恢复后，可使用被动训练模式进行一些高级分布式学习(Advanced Distributed Learning,ADL)训练。以“虚拟取物”为例,虚拟环境在一个温馨的小屋内，训练者坐在茶几边，茶几上不远处有一些常用的生活用品，例如茶杯，纸，手机等。上肢被机械结构带动着被动取回这些物品。
[0071]在其中一个上肢脑神经康复训练方法的实施例中，还包括以下步骤:
[0072]S500，所述信息处理装置根据所述虚拟现实的场景控制所述扬声器发出相应声曰；
[0073]S600，所述信息处理装置根据所述机械结构反馈的位置信息调整虚拟现实的场景中相应物体的位置。
[0074]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种上肢脑神经康复训练系统，其特征在于，包括可带动训练者上肢运动且具有力反馈功能的机械结构，3D显示器，扬声器，以及信息处理装置，所述机械结构，3D显示器，以及扬声器与所述信息处理装置通讯连接； 所述信息处理装置中包括虚拟现实模块和人机交互模块； 所述虚拟现实模块用于虚拟现实的场景并通过所述3D显示器进行显示； 所述人机交互模块根据所述虚拟现实的场景控制所述机械结构带动训练者上肢运动，控制所述扬声器发出声音，并接收、分析所述机械结构的反馈信息； 所述反馈信息包括机械结构的位置以及各自由度方向的受力。
2.根据权利要求1所述的上肢脑神经康复训练系统，其特征在于，所述信息处理装置为计算机。
3.根据权利要求2所述的上肢脑神经康复训练系统，其特征在于，所述人机交互模块通过虚拟仪器设计软件设计的人机交互界面实现人机交互。
4.根据权利要求1所述的上肢脑神经康复训练系统，其特征在于，所述虚拟现实模块通过3D设计软件设计实现虚拟现实的场景。
5.根据权利要求1所述的上肢脑神经康复训练系统，其特征在于，所述信息处理装置中还包括存储模块，用于存储多个训练模式，多个训练示例，以及训练结果。
6.根据权利要求5所述的上肢脑神经康复训练系统，其特征在于，所述训练模式包括被动训练模式，助力训练模式，以及主动训练模式。
7.根据权利要求1所述的上肢脑神经康复训练系统，其特征在于，所述3D显示器通过高清晰度多媒体接口与所述计算机的显卡相连。
8.根据权利要求4所述的上肢脑神经康复训练系统，其特征在于， 所述虚拟现实模块还包括虚拟影像获取单元； 所述虚拟影像获取单元，用于设置两个虚拟摄像机将虚拟现实的场景数据生成两个虚拟影像数据，并发送两个所述虚拟影像数据给所述3D显示器； 所述3D显示器将两个所述虚拟影像数据通过左右模式显示到训练者的左右视角位置； 两个所述虚拟摄像机的参数相同、设置相同、且视角与被训练者视角相似。
9.根据权利要求1至8任一项所述的上肢脑神经康复训练系统，其特征在于，所述机械结构为摇杆式机器人的机械机构。
10.一种上肢脑神经康复训练方法，其特征在于，包括以下步骤: 根据所选择的训练模式进入相应的模式训练，3D显示器显示预设的虚拟现实的场景；当所选择为被动训练模式时，所述机械结构带动训练者的上肢完成虚拟现实的场景中的训练任务； 当所选择为助力训练模式时，根据所述机械结构反馈的训练者的上肢发力大小与方向，所述信息处理装置控制所述机械结构为训练者的上肢提供辅助力，帮助上肢完成虚拟现实的场景中的训练任务； 当所选择为主动训练模式时，在上肢完成所述虚拟现实的场景中的训练任务时，所述信息处理装置根据所述虚拟现实的场景通过所述机械结构对上肢提供阻力。
11.根据权利要求10所述的上肢脑神经康复训练方法，其特征在于，当所选择为被动训练模式时，所述机械结构带动训练者的上肢完成虚拟现实的场景中的训练任务，包括以下步骤: 检测上肢的关节活动度，并存储在所述存储模块中； 根据所述上肢的关节活动度及虚拟现实的场景中的训练任务，所述信息处理装置控制所述机械结构带动训练者的上肢在所述关节活动度范围内进行单关节训练； 根据所述机械结构反馈的在极限位置受到上肢反作用力的大小，逐步加大所述上肢的关节活动度，直至所述上肢的关节活动度达到正常人的水平； 所述机械结构带动训练者的上肢根据虚拟现实的场景进行ADL训练。
12.根据权利要求10所述的上肢脑神经康复训练方法，其特征在于，还包括以下步骤: 所述信息处理装置根据所述虚拟现实的场景控制所述扬声器发出相应声音； 所述信息处理装置根据所述机械结构反馈的位置信息调整虚拟现实的场景中相应物体的位置。
【专利摘要】本发明公开了一种上肢脑神经康复训练系统及训练方法。其中系统包括可带动上肢运动且具有力反馈功能的机械结构，3D显示器，扬声器，以及信息处理装置，机械结构，3D显示器，以及扬声器与信息处理装置通讯连接；信息处理装置中包括虚拟现实模块和人机交互模块，虚拟现实通过3D显示器进行显示；用户可以通过人机交互软件选择训练的项目，打印训练报表和调整系统参数；用户通过机械结构与虚拟现实中的场景互动，同时虚拟环境里的声音，图像和力觉信息分别通过显示器，扬声器和机械装置反馈给用户。其使训练内容丰富多样化，增强康复训练的趣味性，同时将康复训练师从繁琐的体力劳动中解脱出来，节省人力成本。
【IPC分类】A63B23-12, A61H1-02
【公开号】CN104706499
【申请号】CN201310680870
【发明人】黄鑫, 左国坤, 徐佳琳, 吴晓剑, 李萌, 张文武
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月12日